太陽(yáng)能小屋光伏電池的最優(yōu)配置

1、太陽(yáng)能小屋光伏電池的最優(yōu)配置摘要本文需要解決的是一個(gè)涉及物理學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科，應(yīng)用數(shù)學(xué)軟件matlab、優(yōu)化軟件lingo求解整數(shù)規(guī)劃的優(yōu)化類問題。本文嘗試使用物理學(xué)知識(shí)對(duì)附件和參考書目中公式進(jìn)行嚴(yán)格推導(dǎo)，并根據(jù)地理學(xué)知識(shí)把調(diào)節(jié)屋頂面傾角和轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)化為了地球經(jīng)度、緯度的調(diào)節(jié)。針對(duì)此光伏電池分組的優(yōu)化問題，附件中給出海量數(shù)據(jù)，經(jīng)過maltb程序計(jì)算篩選，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、全面的預(yù)處理。以尺寸、功率、價(jià)格為篩選標(biāo)準(zhǔn)對(duì)24個(gè)型號(hào)光伏電池進(jìn)行篩選，最終留下各個(gè)性能最優(yōu)電池型號(hào)為：a1、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c6、c7、c8、c10。針對(duì)于問題一：首先對(duì)太陽(yáng)時(shí)、時(shí)角、赤緯角、太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)

2、方位角等物理學(xué)公式進(jìn)行一一迭代，計(jì)算得出斜頂面陽(yáng)光入射角；其次定義了等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)，并以各電池組發(fā)電率最大、總成本費(fèi)用最小、投資回收年限最短為優(yōu)化目標(biāo)，以鋪設(shè)總面積不超過墻面有效面積、鋪設(shè)電池長(zhǎng)與寬之和均不超過墻面的長(zhǎng)與寬為約束條件，建立了兩個(gè)不同指標(biāo)方的案整數(shù)規(guī)劃模型，最終得到對(duì)西、南、南頂面進(jìn)行鋪設(shè)的各數(shù)據(jù)值，并算出了太陽(yáng)能小屋的各項(xiàng)數(shù)值指數(shù)：35年發(fā)電總量（單位：）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）單位發(fā)電量回收年限4278872229442415281860520.52126針對(duì)于問題二：首先利用了地理學(xué)知識(shí)把調(diào)節(jié)屋頂面傾角和轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)化為了地球經(jīng)度、緯度的調(diào)節(jié)，通過m

3、atlab的二維仿真搜索在地球上找到全年總輻射強(qiáng)度最大的唯一點(diǎn)q，平移q點(diǎn)地球切面橫切小屋得到一個(gè)轉(zhuǎn)向角、傾角已知平行四邊，對(duì)其進(jìn)行整數(shù)規(guī)劃模型的求解，得到了屋頂?shù)母黜?xiàng)數(shù)值指數(shù)：傾角(度)轉(zhuǎn)向角（度）所選電池個(gè)數(shù)逆變器型號(hào)個(gè)數(shù)35年總發(fā)電量（）35年總收入（元）總成本（元）經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限38-36b150sn151 sn1616163153081602226258553325最后對(duì)東、南、西三面進(jìn)行了定性的分析，在比較了其功率比、發(fā)電量比、等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)比后，得出應(yīng)仍采用問題一中的最優(yōu)鋪設(shè)方案。針對(duì)于問題三：為使小屋全年日照時(shí)數(shù)最大，應(yīng)使房屋向西旋轉(zhuǎn)一定的角度。再次利用matlab二

4、維仿真搜索全球，求得全年日照時(shí)數(shù)等于最大值1570.9kw/h時(shí)的最優(yōu)法向傾斜角為52.69度，最優(yōu)斜面的轉(zhuǎn)向角為-36.45度。因此小屋的初步設(shè)計(jì)為：南面墻的長(zhǎng)設(shè)計(jì)為15m，高為2.8m，北面墻高設(shè)定為5.4米，東面墻寬設(shè)定為4.93米。根據(jù)附件7中的要求制定出開窗開門原則，得出門開在北面墻，尺寸大小為2.5m*9m，并且在北墻面開了兩扇尺寸大小為1m*1m的窗戶。并得出北墻面和屋頂?shù)碾姵劁佋O(shè)最優(yōu)方案，得到了屋頂?shù)母黜?xiàng)數(shù)值指數(shù)。較好的解決了本次整數(shù)規(guī)劃的優(yōu)化類問題。關(guān)鍵詞：經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化、matlab二維仿真搜索、各電池組總發(fā)電率、投資回收年限1.問題重述1.1基本情況在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能小屋時(shí)，需在建

5、筑物外表面（屋頂及外墻）鋪設(shè)光伏電池，光伏電池組件所產(chǎn)生的直流電需要經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成220v交流電才能供家庭使用，并將剩余電量輸入電網(wǎng)。附件1-7提供了相關(guān)信息。針對(duì)于下述三個(gè)問題需分別給出小屋外表面光伏電池的鋪設(shè)方案，使小屋的全年太陽(yáng)能光伏發(fā)電總量盡可能大，而單位發(fā)電量的費(fèi)用盡可能小，并計(jì)算出小屋光伏電池35年壽命期內(nèi)的發(fā)電總量、經(jīng)濟(jì)效益（當(dāng)前民用電價(jià)按0.5元/kwh計(jì)算）及投資的回收年限。1.2需要解決的問題問題一：請(qǐng)根據(jù)山西省大同市的氣象數(shù)據(jù)，僅考慮貼附安裝方式，選定光伏電池組件，對(duì)小屋（見附件2）的部分外表面進(jìn)行鋪設(shè)，并根據(jù)電池組件分組數(shù)量和容量，選配相應(yīng)的逆變器的容量和數(shù)量。問題二

6、：電池板的朝向與傾角均會(huì)影響到光伏電池的工作效率，請(qǐng)選擇架空方式安裝光伏電池，重新考慮問題1。問題三：根據(jù)附件7給出的小屋建筑要求，請(qǐng)為大同市重新設(shè)計(jì)一個(gè)小屋，要求畫出小屋的外形圖，并對(duì)所設(shè)計(jì)小屋的外表面優(yōu)化鋪設(shè)光伏電池，給出鋪設(shè)及分組連接方式，選配逆變器，計(jì)算相應(yīng)結(jié)果。2.問題分析2.1問題一分析根據(jù)山西省大同市的氣象數(shù)據(jù)，選定光伏電池組組建，僅以帖附方式對(duì)小屋部分外表面進(jìn)行鋪設(shè)問題是一類帶有復(fù)雜約束條件的優(yōu)化與規(guī)劃類問題。本問題處理的難點(diǎn)是要在墻體及屋頂面積及光伏電池組規(guī)格一定的情況下，將全年光照總輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)，使得每面墻體（屋頂）上光伏電池組件電工率之和盡量大即可?？紤]

7、到成本不能太高，以至于難以收回成本。所以在使得光伏電池組件電功率之和盡量大的情況下，需顧忌到成本問題。對(duì)小屋部分外表面進(jìn)行合理的鋪設(shè)。從而得到電池組件35年壽命期內(nèi)的發(fā)電總量、經(jīng)濟(jì)效益（當(dāng)前民用電價(jià)按0.5元/kwh計(jì)算）及投資的回收年限。2.2問題二分析光伏電池板的朝向與傾角均會(huì)影響到光伏電池的工作效率，在問題一的基礎(chǔ)上，現(xiàn)以架空方式安裝光伏電池。此問的難點(diǎn)在于如何確定光伏電池安裝傾角的問題，在確定光伏電池安裝傾角時(shí)建立二維搜索模型。此問仍需考慮到使小屋的全年太陽(yáng)能光伏發(fā)電總量盡可能大，而單位發(fā)電量的費(fèi)用盡可能小的問題。在確定斜面上以架空方式進(jìn)行光伏電池的鋪設(shè)時(shí)，需考慮到太陽(yáng)光線與斜面夾角、

8、斜面傾角及光伏電池組件支架傾角之間的關(guān)系。選取最優(yōu)方案鋪設(shè)光伏電池組件。2.3問題三分析此問需重新設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)小屋，使得屋的全年太陽(yáng)能光伏發(fā)電總量盡可能大，并且單位發(fā)電量的費(fèi)用盡可能小。設(shè)計(jì)太陽(yáng)小屋時(shí)，需考慮到原先小屋建立方向上是否能充分利用光照輻射。需對(duì)太陽(yáng)小屋的建造方位進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)小屋的規(guī)格進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。需將房屋向該角度所在方向盡可能的伸展，使得正面與斜面盡可能獲得更多光照輻射，在太陽(yáng)小屋的設(shè)計(jì)方案中，高度應(yīng)該視當(dāng)前正南面電池組件鋪設(shè)的情況而定，盡量以貼近墻高2.8米進(jìn)行設(shè)計(jì)，而當(dāng)前正北面應(yīng)以5.4米建立。在屋頂?shù)倪x擇上，需對(duì)折面和平面分別分析。得到合理的屋頂形狀。在此基礎(chǔ)

9、上選取合理的光伏電池組件對(duì)小屋進(jìn)行鋪設(shè)。從而設(shè)計(jì)出合理的太陽(yáng)小屋。3.模型的假設(shè)1假設(shè)光伏電池組鋪設(shè)過程中忽略電池組厚度。2假設(shè)由于題目設(shè)定每個(gè)墻面不得使用同一個(gè)逆變器，不能進(jìn)行光伏電池的串并聯(lián)等等諸多限制條件，所以把每一個(gè)墻面單獨(dú)看做一個(gè)系統(tǒng)整體，分開來進(jìn)行考慮。3假設(shè)光伏電池安裝不計(jì)安裝成本。4假設(shè)平面上所接受反射光和折射光較小可以進(jìn)行忽略。5假設(shè)太陽(yáng)光照強(qiáng)度不受墻體高度的變化。6假設(shè)35年內(nèi)每一年的光照強(qiáng)度均與題目中所給數(shù)據(jù)相同。4.符號(hào)說明： 山西大同的太陽(yáng)時(shí)。： 時(shí)角。： 赤緯角。： 太陽(yáng)高度角。： 斜面方位角。： 頂斜面上的陽(yáng)光總輻射強(qiáng)度。： 薄膜電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)。： 表示晶硅

10、電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)。： 太陽(yáng)能小屋35年總發(fā)電量。： 太陽(yáng)能小屋35年經(jīng)濟(jì)效益。： 太陽(yáng)能小屋投資回收年限。5.問題一中模型的建立與求解5.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理分析針對(duì)此光伏電池分組的優(yōu)化問題，附件中給出海量數(shù)據(jù)，例如：山西大同的經(jīng)緯度、典型氣象年逐時(shí)參數(shù)、各方向輻射強(qiáng)度，三種類型的光伏電池(a單晶硅b多晶硅c非晶硅薄膜)組件設(shè)計(jì)參數(shù)和市場(chǎng)價(jià)格、逆變器參數(shù)價(jià)格等等。借用附件6數(shù)學(xué)公式并參考太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)數(shù)學(xué)理論，經(jīng)過maltb程序計(jì)算篩選，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、全面的預(yù)處理得到：大同的太陽(yáng)時(shí)、時(shí)角、赤緯角、太陽(yáng)高度角、斜頂面陽(yáng)光入射角、斜頂面法向直射輻射強(qiáng)度、斜頂面散射強(qiáng)度、各平面標(biāo)準(zhǔn)輻射時(shí)數(shù)及全年輻射

11、時(shí)數(shù)總量等?？梢詫?shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果信息結(jié)構(gòu)如圖5-1所示：太陽(yáng)時(shí)時(shí)角赤緯角太陽(yáng)高度角斜頂面陽(yáng)光入射角斜頂面法向直射輻射強(qiáng)度斜頂面散射強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)輻射時(shí)數(shù)各年總發(fā)電量各年經(jīng)濟(jì)總效益投資回收年限各墻面光伏電池成本各墻面逆變器成本各個(gè)墻面系統(tǒng)安裝總成本圖5-1 數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果信息結(jié)構(gòu)圖5.1.1 大同太陽(yáng)時(shí)的數(shù)據(jù)分析太陽(yáng)時(shí)：時(shí)間的計(jì)量以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)，地球自轉(zhuǎn)一周，計(jì)24太陽(yáng)時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)達(dá)到正南處為12:00。鐘表所指的時(shí)間也稱為平太陽(yáng)時(shí)（簡(jiǎn)稱為平時(shí)），我國(guó)采用東經(jīng)120度經(jīng)圈上的平太陽(yáng)時(shí)作為全國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，即“北京時(shí)間”。由附件6已知：大同的經(jīng)度為，與東經(jīng)相差，每15個(gè)經(jīng)度便相差一個(gè)小時(shí)。又因?yàn)楦郊?數(shù)據(jù)

12、表中標(biāo)注的時(shí)間與實(shí)際時(shí)間相差1小時(shí)，所以附件4時(shí)刻對(duì)應(yīng)的經(jīng)度為105。大同的經(jīng)度為，可得經(jīng)度差： (5-1)計(jì)算得出時(shí)差為： (5-2)則山西大同的太陽(yáng)時(shí)為： (5-3)為附件4中時(shí)間編號(hào)為i的時(shí)刻（i=0,1,2, ,8759）。5.1.2 時(shí)角的數(shù)據(jù)分析 時(shí)角：時(shí)角是以正午12點(diǎn)為0度開始算，每一小時(shí)為15度，上午為負(fù)下午為正，即10點(diǎn)和14點(diǎn)分別為-30度和30度。則時(shí)角的計(jì)算公式： （5-4）為太陽(yáng)時(shí)（單位：小時(shí)）。5.1.3 赤緯角的數(shù)據(jù)分析赤緯角：赤緯角也稱為太陽(yáng)赤緯，即太陽(yáng)直射緯度。其計(jì)算公式近似為： （5-5）其中為日期序號(hào)，例如，1月1日為，3月22日為。赤緯角與地球、太陽(yáng)的

13、關(guān)系如圖5-2所示：圖5-2 赤緯角與地球、太陽(yáng)的關(guān)系示意圖5.1.4 太陽(yáng)高度角的數(shù)據(jù)分析太陽(yáng)高度角：太陽(yáng)高度角是太陽(yáng)相對(duì)于地平線的高度角，這是以太陽(yáng)視盤面的幾何中心和理想地平線所夾的角度。太陽(yáng)高度角的近似計(jì)算公式： （5-6）角為山西大同的緯度即。5.1.5 太陽(yáng)方位角的數(shù)據(jù)分析太陽(yáng)方位角：太陽(yáng)方位角是太陽(yáng)在方位上的角度，它通常被定義為從北方沿著地平線順時(shí)針量度的角。它的近似計(jì)算公式為： （5-7）可以利用上面的公式，經(jīng)由計(jì)算得到良好的近似值，但是因?yàn)榉凑抑?，也就是有兩個(gè)以上的解，但只有一個(gè)是正確的，所以必需小心的處理。5.1.6 斜頂面傾斜角的數(shù)據(jù)分析斜頂面的傾斜角c為斜面與水平面所夾

14、的銳角，如圖5-3所示： c圖5-3 斜頂面的傾斜角c （5-8）斜面方位角：斜面方位角為斜面的法線在水平面上的投影與水平面正北向的夾角（范圍為 ），如下圖5-4所示：圖5-4 傾斜面上的太陽(yáng)光線入射角5.1.7 斜頂面陽(yáng)光入射角的數(shù)據(jù)分析斜頂面陽(yáng)光入射角為太陽(yáng)射線和斜面的法線之間的夾角，可由以下公式確定： （5-9）傾斜面與水平面的夾角；太陽(yáng)高度角；太陽(yáng)方位角；斜面方位角，如圖5-4中，斜面的法線n在水平面上的投影ob與山西大同南北向os之間的夾角。同一樣，即順時(shí)針（向北）為正，逆時(shí)針為負(fù)。圖5-5 表示、 、定義的地球剖面圖由圖5-5所示，由幾何關(guān)系可以得出緯度、具有傾斜角的平面上的太陽(yáng)光

15、入射角和在緯度上的水平面的太陽(yáng)光入射角是相等的，所以對(duì)于面向赤道的任意傾斜角的斜面可用公式（5-9）表示： （5-10） 數(shù)據(jù)合理的預(yù)處理較大的減小了模型建立和求解過程中的計(jì)算量并且使得程序運(yùn)行的速度更快捷，所以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理是十分有必要的。5.2 模型的建立5.2.1 各墻面總輻射強(qiáng)度的求解表5-1 總輻射強(qiáng)度的求解的符號(hào)定義符號(hào)定義符號(hào)定義表示全年的時(shí)刻序列號(hào)某時(shí)刻傾斜面陽(yáng)光散射的輻射強(qiáng)度某時(shí)刻傾斜面陽(yáng)光散射的輻射強(qiáng)度某時(shí)刻傾斜面陽(yáng)光折射的輻射強(qiáng)度某時(shí)刻傾斜面陽(yáng)光反射的輻射強(qiáng)度某時(shí)刻傾斜面陽(yáng)光直射的輻射強(qiáng)度（1）斜頂面陽(yáng)光總輻射強(qiáng)度計(jì)算 （5-11）平面上所接受的光大致可以分為四類：折射

16、光、反射光、散射光、直射光，又因題目中只考慮散射光和直射光，這說明反射光和折射光較小可以進(jìn)行忽略，所以在接下來的題目中只考慮折射光和散射光。則： （5-12）（2）斜頂面陽(yáng)光直射輻射強(qiáng)度計(jì)算 （5-13）為直射輻射光線與傾斜面法線之間的夾角；為水平面上法向直射輻射強(qiáng)度。有可能大于90，此時(shí)太陽(yáng)光線射到斜面的背面，故為0。所以法向直射輻射強(qiáng)度最終公式為： （5-14）（3）斜頂面陽(yáng)光散射輻射強(qiáng)度計(jì)算 （5-15）為傾斜面接收散射光的輻射；為傾斜面與水平面之間的夾角；為附件4中水平面散射輻射強(qiáng)度。（4）東、南、西、北四面的總輻射強(qiáng)度附件4已給出大同全年不同時(shí)刻不同方向的太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度，故東、南、西

17、、北四面的總輻射強(qiáng)度可直接使用附件4的數(shù)據(jù)。5.2.2 各墻面等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)：某墻面某時(shí)刻的總輻射強(qiáng)度為，對(duì)某種光伏電池的有效輻射強(qiáng)度為,這種光伏電池在有效輻射強(qiáng)度下工作1小時(shí)轉(zhuǎn)化的電量，與該電池在標(biāo)準(zhǔn)輻射強(qiáng)度下工作小時(shí)轉(zhuǎn)化的電量相同，則稱該表面該時(shí)刻標(biāo)準(zhǔn)輻照時(shí)數(shù)為，即： （題目中已給出：）。不同類型光伏電池組件的最低發(fā)電輻射量值是不同的，薄膜光伏電池最低發(fā)電輻射量值應(yīng)大于等于30w/m2，單晶硅和多晶硅光伏電池的最低發(fā)電輻射量值應(yīng)大于等于80w/m2且晶硅類型光伏電池輻照強(qiáng)度低于200w/時(shí),電池轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率5%，即此時(shí)的轉(zhuǎn)化率為原轉(zhuǎn)化率的5%。故應(yīng)先計(jì)算不同類型電池的

18、全年光照強(qiáng)度，再計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)。晶硅電池（單晶硅電池和多晶硅電池）每天有效輻射強(qiáng)度的計(jì)算公式為： （5-16）其中，表示每天每時(shí)刻單位面積上的光照強(qiáng)度。薄膜電池每天有效輻射強(qiáng)度的計(jì)算公式為： （5-17）其中，表示每天每時(shí)刻單位面積上的光照強(qiáng)度。晶硅類型光伏電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)為： （5-18）其中，表示晶硅電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)。 薄膜類型光伏電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)為： （5-19）其中，薄膜電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理分析、墻面總輻射強(qiáng)度和等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)的源程序見附件一，得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)果見附件二。5.2.3 各墻面光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè) 題目中限制不同墻面不得串、并聯(lián)，不得使用同一臺(tái)逆

19、變器，且各墻面的輻射強(qiáng)度也不同，參照附件中所給數(shù)據(jù)，所以把太陽(yáng)能小屋的六個(gè)獨(dú)立墻面分為六個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。根據(jù)附件3中光伏電池的組件功率、組件尺寸和價(jià)格，可對(duì)電池型號(hào)進(jìn)行篩選，以減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率。尺寸篩選: 若相同類型電池組件功率接近,組件尺寸相差較大，去除尺寸較大的電池型號(hào)；功率篩選：若相同類型電池組件尺寸相同，則比較組件功率，去除組件功率較小的電池型號(hào)；價(jià)格篩選：若不同類型電池組件尺寸相同，且組件功率比較接近時(shí)，則去除價(jià)格較貴的電池型號(hào)；依據(jù)此篩選標(biāo)準(zhǔn)對(duì)附件3中24個(gè)型號(hào)的光伏電池進(jìn)行篩選，最終留下的光伏電池型號(hào)是：a1、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c6、c7、c8、c10。各

20、墻面均為不規(guī)則圖形，所以要對(duì)各墻面進(jìn)行分割，使其成為一些規(guī)則的圖形組合。優(yōu)化目標(biāo)是：各光伏電池組件每年發(fā)電總功最大；逆變器、各光伏電池組件成本費(fèi)用最??；投資回收年限最短。以鋪設(shè)電池的總面積不超過墻面有效利用面積，鋪設(shè)電池長(zhǎng)與寬均不超過墻面的長(zhǎng)與寬，建立數(shù)學(xué)整數(shù)規(guī)劃的優(yōu)化模型如下： （5-20） （5-21） （5-22） （5-23） 表5-2 優(yōu)化鋪設(shè)模型中變量定義變量定義某墻面鋪設(shè)光伏電池組件每年發(fā)電總功鋪設(shè)某墻面需要第個(gè)型號(hào)光伏電池的個(gè)數(shù)型號(hào)光伏電池的個(gè)數(shù)光伏電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)某墻面的逆變器成本某墻面鋪設(shè)光伏電池和逆變器的總成本投資回收年數(shù)某墻面鋪設(shè)光伏電池在第i條長(zhǎng)線上所占的長(zhǎng)度某墻

21、面鋪設(shè)光伏電池在第i條寬線上所占的長(zhǎng)度某墻面的相對(duì)長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度某墻面的相對(duì)寬邊的長(zhǎng)度5.2.4 各墻面光伏電池組件串、并聯(lián)連接以及逆變器的選取逆變器選配要求：1、只允許相同型號(hào)的光伏組件進(jìn)行串聯(lián)；2、并聯(lián)的光伏組件端電壓相差不應(yīng)超過10%；3、光伏分組陣列的端電壓應(yīng)滿足逆變器直流輸入電壓范圍；4、光伏陣列的最大功率不能超過逆變器的額定容量。（1） 各墻面光伏電池組件總功率 必須小于逆變器的額定功率，即： （5-24）由于逆變器型號(hào)越大性價(jià)比越高，所以要求盡量選擇型號(hào)大的逆變器且只選擇一個(gè)逆變器，這樣就確定了選擇逆電器型號(hào)的范圍。 （2）串、并聯(lián)連接與逆變器的相互約束 （5-25） 其中，為電池的

22、開路電壓；為電池的工作電壓。約束條件： 1、逆變器盡量選選型號(hào)較大的； 2、； （5-26） 3、。 （5-27）再結(jié)合附件1中電池串并聯(lián)原則就得到了初步的逆變器型號(hào)和串、并聯(lián)連接情況，最后根據(jù)逆變器價(jià)格、額定電流等因素再進(jìn)行進(jìn)一步的修訂，得到最終的逆變器型號(hào)和串、并聯(lián)連接情況。5.2.5 35年內(nèi)發(fā)電總量計(jì)算各墻面第一年年光伏電池的發(fā)電總量，建立的模型如下： （5-28）表5-3 發(fā)電總量模型中變量的定義變量定義第個(gè)面的電池發(fā)電總量第個(gè)面晶硅的全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)第個(gè)面晶硅電池的組件功率第個(gè)面晶硅電池個(gè)數(shù)第個(gè)面薄膜電池的全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)第個(gè)面逆變器的逆變效率由附件3可知，光伏電池在10年內(nèi)的轉(zhuǎn)化

23、效率為100%，10-25年的轉(zhuǎn)化效率為90%，25年后的轉(zhuǎn)化效率為80%。故35年每年發(fā)電總量的模型如下：第個(gè)面35年總發(fā)電量 。 （5-29）太陽(yáng)能小屋35年總發(fā)電量 。 （5-30）5.2.6 35年內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益35年內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益即為：指35年總收入減去35年總成本（只考慮光伏電池和逆變器的成本）。各墻面35年內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益，建立的數(shù)學(xué)模型如下： （5-31）太陽(yáng)能小屋35年經(jīng)濟(jì)效益 。5.2.7 投資回收年限投資回收年限即為：使太陽(yáng)能小屋的總收入大于等于總成本的最小年數(shù)。若第個(gè)面可以在35年內(nèi)收回，則計(jì)算回收年限的數(shù)學(xué)模型為：太陽(yáng)能小屋投資回收年限時(shí)間t為：。5.3 模型的求解由附件2的可

24、知，屋頂面應(yīng)分為兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行鋪設(shè)。假定開天窗的斜頂面為m，另一塊為n。由于屋頂每時(shí)刻的輻射強(qiáng)度均較高，且屋頂為各墻面中輻射強(qiáng)度最高的。所以優(yōu)先考慮利用率最高的晶硅類光伏電池，最后用薄膜光伏電池填充空隙，使得平面空隙得到充分的利用且光伏電池的功率之和最大。5.3.1 屋頂m面的鋪設(shè)（1）m面光伏電池的最優(yōu)鋪設(shè)方案鋪設(shè)原則：1、最優(yōu)鋪設(shè)方案即取等面積使用晶硅類光伏電池的數(shù)量最多。因?yàn)樵诘让娣e平面中，選擇一塊晶硅光伏電池的產(chǎn)出總功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于幾塊、幾十塊薄膜的產(chǎn)出總功率；2、整體平面的所有電池類型不超過三種，且只能選用一種晶硅類型號(hào)的光伏電池，即最多選擇兩種薄膜類光伏電池；3、保證每種選用電池類型的數(shù)

25、量盡量大，使其在后期選用逆變器的過程中，能夠選擇性價(jià)比更高、電壓允許范圍更寬泛的大型號(hào)逆變器。利用上述模型先后分別對(duì)m平面進(jìn)行a1、b1、b2、b3、b4的鋪設(shè)，取其每種類型數(shù)量最大值的鋪設(shè)方案，并計(jì)算出每種方案的總功率，得到表5-4如下：表5-4 m平面各晶硅鋪設(shè)方案表方案編號(hào)晶硅類型號(hào)平面總塊（塊）總額度功率(w)1a14321543=94252b13026530=79503b22332023=73604b33321033=69305b43024030=7200由上表可知，選擇a1鋪設(shè)m平面的方案總額度功率最大即發(fā)電量最大，所以選擇1方案。緊接著再用各類型薄膜電池填充預(yù)留空隙，與同晶硅類電

26、池鋪設(shè)同理，可得共需30個(gè)c7型號(hào)的薄膜電池填充空隙。所以得到初步最優(yōu)方案為：43個(gè)a1型號(hào)的單晶硅電池與30個(gè)c7型號(hào)的薄膜電池。（2）m面光伏電池組分組的逆變器配置逆變器選配原則：1、因?yàn)楦郊?可知逆變器型號(hào)越大，性價(jià)比越高，所以要求盡量選擇型號(hào)大的逆變器且只選擇一個(gè)逆變器；2、在平面系統(tǒng)的電路中，電池組的總額定功率不受電路分布的影響，等于各光伏電池額定功率之和，所以要選擇逆變器的額定功率要大于電池組的總額定功率；3、電池的開路電壓為電池電壓的上限，工作電壓為電池電壓的下限，由參考文獻(xiàn)可知：，和均要在允許輸入電壓范圍之內(nèi)。a1型號(hào)的單晶硅電池分組個(gè)數(shù)43為質(zhì)數(shù)，更好選取連接逆變器并充分利用

27、屋頂光照，所以由8個(gè)c7型號(hào)的薄膜電池代替一個(gè)a1型號(hào)的單晶硅電池，即將m面的電池組調(diào)節(jié)為42個(gè)a1單晶硅電池，38個(gè)c7薄膜電池，進(jìn)行模型求解得到表5-2數(shù)據(jù)如下：表5-5 南側(cè)屋頂光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案的數(shù)值結(jié)果分析表電池型號(hào)電池個(gè)數(shù)逆變器型號(hào)逆變器個(gè)數(shù)35年總發(fā)電量（單位：）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限a142c738sn1713922541786501961271747732m面最優(yōu)電池組件鋪設(shè)分組陣列圖如圖5-6所示：圖5-6 m面光伏電池組件鋪設(shè)結(jié)果 m面上所用電池的總額度功率為： （i為平面上所有光伏電池組件的個(gè)數(shù)），則，所以只能選擇額定功率為10

28、kw的sn17逆變器。根據(jù)sn17逆變器運(yùn)行允許輸入電壓范圍250800（v）來確定電路的串并聯(lián)情況。首先保證43個(gè)a1光伏電池組件均在電路中，其次在保證符合電壓標(biāo)準(zhǔn)的情況下，使得盡量多的c7光伏電池組件在電路中，若不能保證符合電壓標(biāo)準(zhǔn)要求，則舍棄c7光伏電池組件以求達(dá)到電壓標(biāo)準(zhǔn)要求，得到組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖，如圖5-7所示：圖5-7 m面組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖5.3.2 屋頂n面的鋪設(shè)考慮到n面各時(shí)刻的陽(yáng)光輻射量、全年陽(yáng)光輻射總量較小，n面總體平面面積也較小等因素。故設(shè)立兩種方案進(jìn)行n面鋪設(shè)，如下所示：方案一：以經(jīng)濟(jì)效益為第一優(yōu)化目標(biāo)，則均選擇薄膜類光伏電池；方案二：最大發(fā)

29、電量為第一優(yōu)化目標(biāo)，則盡量選擇晶硅類光伏電池。利用上述模型進(jìn)行求解，得到表5-2數(shù)據(jù)如下：表5-5 北側(cè)屋頂光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案的數(shù)值結(jié)果分析表電池型號(hào)電池個(gè)數(shù)串并聯(lián)方式逆變器型號(hào)逆變器個(gè)數(shù)35年總發(fā)電量（單位：）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限方案一c1040c102串聯(lián)，分為20組；共20組并聯(lián)sn1217719.191983857.9-5340.190方案二b25c109b25串聯(lián)；c109串聯(lián)；共2組并聯(lián)sn1211658227421.18291.3-19129.8126由表5-5可得：方案一和方案二的回收年限均遠(yuǎn)大于35年，故北側(cè)屋頂也不進(jìn)行鋪設(shè)。5.3

30、.3 東、南、西、北四面的鋪設(shè)鋪設(shè)方案一：最大發(fā)電量為第一優(yōu)化目標(biāo)，則盡量選擇晶硅類光伏電池；利用上述模型先后分別對(duì)東、南、西、北墻面進(jìn)行a1、b1、b2、b3、b4的鋪設(shè)，取其每種類型總額度功率最大的最優(yōu)鋪設(shè)方案，如圖5-8、圖5-9、圖5-10、圖5-11所示：、圖5-8 東墻面最優(yōu)電池組件鋪設(shè)分組陣列圖 圖5-9 南墻面最優(yōu)電池組件鋪設(shè)分組陣列圖圖5-10 西墻面最優(yōu)電池組件鋪設(shè)分組陣列圖 圖5-11 北墻面最優(yōu)電池組件鋪設(shè)分組陣列圖利用上述模型進(jìn)行求解，得到表5-6數(shù)據(jù)如下：表5-6 東、南、西、北墻面光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案的數(shù)值結(jié)果分析表電池型號(hào)電池個(gè)數(shù)逆變器型號(hào)逆變器個(gè)數(shù)35年總

31、發(fā)電量（單位：）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限東a112c822sn14134290.3554586.817145.17-37441.687南a16c12c820sn13172442.213124922312.29-8936.7142西a115c818sn14157977.0564043.735253.60-28790.152北c112c1022c723sn1315101.85517768.81627.334-16141.5282由表5-6得：方案一中東、南、西、北四面墻的回收年限均遠(yuǎn)大于35年，35年的總經(jīng)濟(jì)效益均為較大的負(fù)數(shù)，沒有收回總成本。鋪設(shè)方案二：以經(jīng)濟(jì)效

32、益為第一優(yōu)化目標(biāo)，則均選擇薄膜類光伏電池。在方案一中北墻全部用薄膜類光伏電池，但35年壽命期內(nèi)仍然沒有收回成本，所以北墻面不進(jìn)行鋪設(shè)。先后分別對(duì)東、南、西墻面進(jìn)行c1、c2、c6、c7、c8、c10的鋪設(shè)，取其每種35年經(jīng)濟(jì)效益最大的最優(yōu)鋪設(shè)方案，如圖5-12、圖5-13、圖5-14所示：圖5-12 東墻最優(yōu)鋪設(shè)分組陣列圖 圖5-13 西墻最優(yōu)鋪設(shè)分組陣列圖圖5-14 西墻最優(yōu)鋪設(shè)分組陣列圖利用以上模型進(jìn)行求解，得到表5-7數(shù)據(jù)，如下：表5-7 東、南、西、北墻面光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案的數(shù)值結(jié)果分析表電池型號(hào)電池個(gè)數(shù)逆變器型號(hào)逆變器個(gè)數(shù)35年發(fā)電總量（單位：）總成本（元）35年總收入（元）3

33、5年經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限東c110c722c822sn12121658.012967.210829.01-2138.1943南c28c820c1010sn11139051.58071.219525.7311454.5324西c112c722c810c1010sn12132666.414042.416333.192290.79255.4 模型總結(jié)方案一是用晶硅電池鋪設(shè)時(shí)，東、南、西、北三面在35年內(nèi)都不能回收，故此鋪設(shè)方案的經(jīng)濟(jì)效益較差；方案二是用薄膜電池重新鋪設(shè)進(jìn)行修改，通過計(jì)算可得方案二的西、南面在35年內(nèi)可收回，相比方案一較為經(jīng)濟(jì)，故西、南兩面均采用方案二進(jìn)行電池鋪設(shè)。通過上述模型的建立

34、和計(jì)算求解得到的最終鋪設(shè)方案為：北側(cè)屋頂、北面、東面不鋪設(shè)光伏電池；南面和西面均鋪設(shè)薄膜的光伏電池；房頂盡量鋪設(shè)晶硅光伏電池，并以薄膜光伏電池補(bǔ)齊。整個(gè)太陽(yáng)能小屋光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案的數(shù)值如表5-8所示：表5-8 小屋光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案的數(shù)值結(jié)果分析表35年發(fā)電總量（單位：）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）單位發(fā)電量回收年限4278872229442415281860520.521266問題二中模型的建立與求解6.1屋頂電池板支架的轉(zhuǎn)向模型由問題一可知，陽(yáng)光照射在屋頂方向并非傾斜面法線方向，調(diào)節(jié)電池板支架傾角和轉(zhuǎn)向角，即調(diào)節(jié)電池板的法向量，使得電池板獲得最大的全年總

35、輻射強(qiáng)度。無論屋頂電池板怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，均可通過matlab的二維仿真搜索在地球上找到唯一點(diǎn)，這一點(diǎn)的地球切面與電池板平行。設(shè)該點(diǎn)為q點(diǎn)，其經(jīng)度為，緯度為。（1）電池板傾角和轉(zhuǎn)向角的求解q點(diǎn)的太陽(yáng)高度角即為斜頂面的陽(yáng)光入射角，根據(jù)上述模型求出等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)t。以t值最大為目標(biāo)函數(shù)，在全球范圍內(nèi)利用matlab的二維仿真搜索唯一點(diǎn)q，平移q點(diǎn)地球的切面得到傾角和轉(zhuǎn)向角最佳的斜頂面。設(shè)該斜頂面法向量為的斜面的太陽(yáng)入射角為，如圖6-1所示：圖6-1 三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化矩陣推導(dǎo)圖如圖6-1建立以地球球點(diǎn)為中心建立空間直角坐標(biāo)系，以垂直于地球表面方向設(shè)為軸，以平行于緯線方向設(shè)為軸，以平行于經(jīng)線方向設(shè)為軸。對(duì)、分別

36、進(jìn)行分解，則地面坐標(biāo)與球坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： 定義坐標(biāo)轉(zhuǎn)化矩陣：斜頂面在地面三維坐標(biāo)中的法向量為：則與滿足：所以對(duì)地球上已知經(jīng)度為，緯度為的任意一點(diǎn)q，可求得斜頂面傾斜角的及方位角，再利用第一問中的公式，求得斜面上的總輻射強(qiáng)度。對(duì)q點(diǎn)的經(jīng)度和緯度在全球范圍內(nèi)利用matlab的二維進(jìn)行仿真搜索，求得全年總輻射強(qiáng)度最大為的斜面的方位角為，傾斜角余角為（源程序見附件三）。（2）屋頂電池的鋪設(shè) 平移q點(diǎn)的地球切面到太陽(yáng)小屋的斜頂面，得到了一個(gè)平行四邊形斜面，在斜頂面搭建支架構(gòu)造出方位角為、傾斜角余角為的電池組，此時(shí)斜面法向量為：以太陽(yáng)能小屋西南角為坐標(biāo)原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，可求得：根據(jù)平面法向量垂直于

37、平面內(nèi)任意直線可知： 計(jì)算得出，由勾股定理得該平行四邊形相鄰兩邊的長(zhǎng)度分別為11085,8327.5。利用上述模型求得此平行四邊形的最優(yōu)鋪設(shè)方案，如圖6-2所示：圖6-2 屋頂平行四邊形的最優(yōu)鋪設(shè)方案求得此最優(yōu)鋪設(shè)方案的各項(xiàng)數(shù)值結(jié)果如表6-1所示：表6-1 屋頂面平行四邊形鋪設(shè)方案的各項(xiàng)數(shù)值結(jié)果分析表傾角(度)轉(zhuǎn)向角（度）所選電池個(gè)數(shù)逆變器型號(hào)個(gè)數(shù)35年總發(fā)電量（）35年總收入（元）總成本（元）經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限38-36b150sn151 sn1616163153081602226258553325利用上述模型得到組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖，如圖6-2所示：圖6-2 m面組件連接方式

38、（串、并聯(lián)）示意圖6.2東、南、西四面電池板支架的優(yōu)化模型（1）南墻上搭建支架的定性分析在南墻上搭建支架，使支架與南墻成32度角（由問題一中全年總輻射強(qiáng)度最大近似求得），為計(jì)算簡(jiǎn)便近似為30度。又因?yàn)楫?dāng)夏至日時(shí)陽(yáng)光垂直于北回歸線（北緯23.5度），所以山西大同的當(dāng)?shù)鼐暥龋ū本?0.1度）與北回歸線做差可知近似相差17度，如圖6-2所示：即瓦數(shù)可減少瓦多。當(dāng)南墻垂直地面時(shí)，硅晶類的年日照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)約為880時(shí)，薄膜類的的年日照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)約為1040時(shí)；當(dāng)南墻與地面成32度角時(shí)，硅晶類的年日照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)約為1480時(shí)，薄膜類的年日照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)約為1600時(shí)。則a處強(qiáng)度不超過b處的1.6倍（晶硅）或1.6倍

39、（薄膜）。則南墻面單位面積發(fā)電量之比為倍，成本為0.3倍，不如薄膜。計(jì)算薄膜電池鋪設(shè)時(shí)單位面積功率約為7，晶硅電池鋪設(shè)時(shí)的單位面積功率約為16，因 圖6-3 南墻支架示意圖此可以計(jì)算出薄膜電池鋪設(shè)與晶硅電池鋪設(shè)的成本比約為，發(fā)電量之比為。綜上所述，選擇使用薄膜類電池以垂直地面的方式架空安裝。 （2）東、西墻上搭建支架的定性分析由于太陽(yáng)從東方升起，從西方落下，東墻和西墻總有某些時(shí)刻不能同時(shí)照到陽(yáng)光。當(dāng)東墻或者西墻搭建支架時(shí)，其側(cè)（立）面下的地平面散射=側(cè)面散射（半邊遮擋），且直射時(shí)間也減半。最為關(guān)鍵的是：東西側(cè)面如傾斜放置必然出現(xiàn)遮擋，由遮蔽效應(yīng)得知，這是絕對(duì)不允許的。綜上所述，東墻和西墻不能搭

40、建支架擱放電池。但是，考慮到電池散熱問題，給電池組件與墻面一定的間距，但此間距值小于0.1米的，所以仍然鋪設(shè)方案選用問題一的節(jié)骨。 6.3 模型總結(jié)對(duì)東、西、南、北四面墻進(jìn)行了定性的分析，算出四面墻均不能搭建支架鋪設(shè)電池板，只能是用問題一得到的最優(yōu)分配方案；對(duì)屋頂面進(jìn)行最優(yōu)分配，使電池板進(jìn)行角度轉(zhuǎn)到，即調(diào)節(jié)電池板的法向量，使得電池板獲得最大的全年總輻射強(qiáng)度。通過matlab的二維仿真搜索在地球上找到唯一點(diǎn)，計(jì)算其太陽(yáng)高度角（即陽(yáng)光與斜面的入射角），并用其地球切面切屋頂為平行四邊形，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化鋪設(shè)，最終得到如圖6-2的最優(yōu)鋪設(shè)方案。35年發(fā)電總量（單位：）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)

41、濟(jì)效益（元）單位發(fā)電量回收年限6789302544703394608499400.37481267問題三中模型的建立與求解7.1模型的建立由問題二可知，當(dāng)房屋正向建造時(shí)，無法充分利用光照輻射。需將房屋轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。將房屋向該角度所在方向盡可能的伸展，使得正面與斜面盡可能獲得更多光照輻射。在此基礎(chǔ)上建立初步的房屋設(shè)計(jì)方案。7.1.1太陽(yáng)能小屋旋轉(zhuǎn)角度為了使房屋各面全年日照時(shí)數(shù)最大，故應(yīng)該使房屋旋轉(zhuǎn)一定的角度。利用二維搜索的方法，求得全年日照時(shí)數(shù)最大時(shí)的經(jīng)緯度：。其中緯度; 經(jīng)度。由問題二模型可將此經(jīng)緯度進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，利用matlab軟件可以得到斜面標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)為1570.9kw/h, 最優(yōu)法向

42、傾斜角為52.69度，最優(yōu)斜面的轉(zhuǎn)向角為-36.45度。7.1.2太陽(yáng)能小屋及屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)方案（1） 小屋屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)方案小屋設(shè)計(jì)要求：室內(nèi)使用空間最低凈空高度距地面高度為2.8m，建筑平面體型長(zhǎng)邊應(yīng)15m，最短邊應(yīng)3m，建筑總投影面積（包括挑檐、挑雨棚的投影面積）為74m2 ，北面的建筑屋頂最高點(diǎn)距地面高度5.4m。為使正面獲得足夠光照強(qiáng)度，因此南面墻的長(zhǎng)設(shè)計(jì)為15m，高為2.8m；北面墻高設(shè)定為5.4米，東面墻寬設(shè)定為4.93米。故建立如圖7-1所示：圖7-1小屋屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)方案（2） 屋頂設(shè)計(jì)方案的比較：方案一 折面上以貼附方式鋪設(shè)電池組件方案二 折面上以架空方式鋪設(shè)電池組件方案三 斜平面上以

43、架空或貼附方式鋪設(shè)電池組件當(dāng)以方案一較方案二和方案三鋪設(shè)電池組件時(shí)，以貼附方式鋪設(shè)電池組件，屋頂為折面時(shí)較屋頂為折面有更大的面積，可鋪設(shè)更多的光伏電池。經(jīng)分析可知，平面屋頂與折面屋頂所獲得光照輻射量是相等的，也就是說，鋪設(shè)同一型號(hào)電池的情況下，折面需鋪設(shè)更多的電池組件。因此屋頂為折面時(shí)鋪設(shè)電池板是不合理的。以方案架空方式鋪設(shè)電池組件，在屋頂平面部分鋪設(shè)電池組件時(shí)，電池組件的投影會(huì)將斜面部分電池組件遮擋。若在斜面部分將電池組件放置盡可能使其不受投影遮蔽的影響，但這樣一來，會(huì)使得斜面大部分面積得不到合理利用。故斜面以架空方式鋪設(shè)電池組件是不合理的。綜合以上分析：可知最優(yōu)化的方案是屋頂以平面進(jìn)行設(shè)計(jì)

44、即方案三。（3） 小屋開窗開門的方案分析根據(jù)附件7中的要求：建筑采光要求至少應(yīng)滿足窗地比（開窗面積與房間地板面積的比值，可不分朝向）0.2的要求；建筑節(jié)能要求應(yīng)滿足窗墻比（開窗面積與所在朝向墻面積的比值）南墻0.50、東西墻0.35、北墻0.30。開窗開門原則：1、在光照強(qiáng)度較大的墻面盡量避免開窗開門，只需滿足附件7中的基本要求即可；2、應(yīng)該盡量在北面開窗開門，因?yàn)樗墓庹諒?qiáng)度時(shí)各個(gè)面中最小的；3、站在總體小屋的角度，盡量避免開窗開門，只需滿足附件7中的基本要求即可。圖7-3 屋頂開窗示意圖圖7-4 北墻開窗開門示意圖7.2模型的求解7.2.1新型太陽(yáng)小屋各墻面電池板的鋪設(shè)方案(1) 南墻面電池板的鋪設(shè)方案利用上述模型求得南面墻最優(yōu)鋪設(shè)方案，如圖7-2所示：圖7-4 新型太陽(yáng)小屋南墻面的最優(yōu)鋪設(shè)方案利用上述模型得到組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖，如圖7-3所示：圖7-5 新型太陽(yáng)小屋南墻面組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖求得此最優(yōu)鋪設(shè)方案的各項(xiàng)數(shù)值結(jié)果如表7-1所示：表7-1新型太陽(yáng)小屋南墻面的最優(yōu)鋪設(shè)方案的各項(xiàng)數(shù)值結(jié)果分析表所選電池個(gè)數(shù)逆變器型號(hào)個(gè)數(shù)35年總發(fā)電量（）35年總收入（元）總成本（元）經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年